地中海飲食對炎癥性腸病的影響
——孟德爾隨機化研究

李金星,古治容,吳 柳,鐘淋莉,黃 敏

炎癥性腸病(IBD)是一組非特異性慢性胃腸道炎癥性疾病,包括潰瘍性結腸炎(UC)、克羅恩病(CD)[1-2]。近年來,IBD的發病率在新興工業化國家不斷上升[3],嚴重損傷了人類健康,造成了巨大的經濟負擔。IBD被公認為是遺傳、環境及免疫等多種因素綜合作用的結果[4-5]。而食物攝入是影響IBD發展的重要環境因素[6]。遺傳易感個體的腸道微生態失調與異常免疫反應相結合[7],這一過程可能由包括飲食在內的環境因素的變化引發并維持[8]。地中海飲食是一種以富含不飽和脂肪酸的橄欖油為主要脂肪攝入的可持續健康飲食模式,富含抗氧化劑、維生素,有利于炎癥標志物的減少,被認為有助于預防和管理腸道疾病[9-10]。有流行病學研究報道稱,其含有大量酚類化合物,能提供天然的抗氧化劑和維生素[11-12],降低代謝綜合征的發病率[13]。之前的研究已經探索了部分食物與IBD之間的關系,但由于大多數證據來自于觀察性研究,其結果可能會受到混淆因素的影響,難以推斷飲食與IBD的因果關系[14-15]。

孟德爾隨機化(MR)是一種遺傳流行病學方法,能夠克服觀察性研究的方法學局限性,目前已被廣泛應用于因果推論。它利用單核苷酸多態性(SNPs)作為工具變量,來調查暴露和結局是否具有因果關系,并排除混淆因素的影響[16-17]。探究地中海飲食模式對于IBD的影響,對于開發非藥物干預手段具有重要意義。本研究使用兩樣本MR法,旨在探索地中海飲食與發生IBD風險的因果關系。

1 資料與方法

1.1 研究設計

本研究將地中海飲食作為暴露因素,潰瘍性結腸炎或(和)克羅恩病作為結局。使用與地中海飲食強相關的SNPs作為工具變量(instrumental variables,IVs)。MR滿足以下3 個重要假設[18]:1)工具變量與暴露因素強相關;2)工具變量僅通過暴露因素影響結局;3)工具變量與混雜因素相互獨立。見圖1。

圖1 兩樣本MR模型

1.2 資料來源

暴露共包括23種變量,分別是烘焙培豆、蠶豆、綠豆、全麥面包、其他谷物、谷物、熟蔬菜、生蔬菜、干果、混合水果、藍紋奶酪、奶酪、油性魚類、咸味花生、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸、周平均葡萄酒、周平均紅酒、肉類消費、甜品、隨餐飲酒、低脂橄欖油、全脂牛奶。上述變量通過https://gwas.mrcieu.ac.uk/和http://www.nealelab.is/uk-biobank的全基因組關聯研究(genome-wide association study,GWAS)獲取數據,均為歐洲人口。結局共包括2種變量,分別是克羅恩病,潰瘍性結腸炎。通過https://www.ebi.ac.uk/gwas/downloads/summary-statistics獲取數據,均為混合人口。

1.3 遺傳工具變量篩選

對23種食物采用了統一的入選標準。選擇具有全基因組意義的標準閾值(P<510-8)作為入選條件,若SNPs幾乎為0則放寬閾值(P=110-6)[19],并設置參數r2為0.001,距離為10 000 kb,以避免SNP存在連鎖不平衡(linkage disequilibrium,LD)。此外,使用F值統計量用于評價工具變量的強度,F>10說明無弱工具偏倚[20]。

1.4 統計分析

本MR研究主要采用3種MR分析方法,包括逆方差加權(IVW),MR-Egger和加權中位數[21](Weighted median)。使用比值比法獲取個體SNP的估計值,隨后使用IVW法匯總比率估計值,并得出IVW效應估計值[22]。以IVW為主要分析方法,其余兩種方法作為輔助補充,當所得結果出現矛盾時,以IVW結果為標準[23]。使用MRPESSO[24]進行離群值檢驗,若出現離群值則剔除相應SNP并重新進行MR分析。隨后使用Cochran′s Q值進行異質性檢驗(P<0.05),當檢測到異常值時,同樣進行剔除[25]。采用MR-Egger檢驗評估工具變量水平多效性。最后,使用了留一法(Leave-one-out sensitivity test)用于逐個剔除IV后計算剩下IV的MR結果,并繪制了森林圖。所有統計檢驗分析均在R(4.2.1)完成,均使用R軟件包“TwoSampleMR”和“MRPRESSO”。顯著性閾值為P<0.05。

2 結果

2.1 工具變量

根據篩選標準,共納入502個工具變量。納入研究的工具變量F值為19～91,表明結果不太可能受到弱工具變量的影響。表1展示了部分地中海食物SNPs的具體信息。

表1 地中海食物對應工具變量信息

2.2 地中海食物與IBD因果關系的兩樣本孟德爾隨機化結果

表2總結了在兩樣本MR分析中使用3種不同的MR方法估計地中海食物與IBD之間的關系。分析結果以IVW法為準。IVW法分析表明CD風險與谷物[OR=2.226,95%CI(1.003,4.940),P=0.049]、全脂牛奶[OR=0.015,95%CI(2.664,0.865),P=0.042],以及甜品攝入[OR=0.511,95%CI(0.278,0.942),P=0.031]存在因果關系。但未在其余兩種MR方法中找到類似結果。此外,在MRE法中發現干燥水果、全脂牛奶對UC起著保護作用。在WM法中,多不飽和脂肪酸,奶酪對CD有著類似作用。

表2 地中海食物3種MR分析方法部分回歸結果

2.3 敏感性分析

使用MRE回歸檢測水平多效性,驗證單個基因是否影響多種表型。結果顯示截距接近0(P=0.777,egger-intercept=0.007),表明水平多效性不會對MR分析結果造成影響(見圖2)。通過MR-PRESSO全局檢驗,進行離群值檢測得到了類似的結果(見圖3)。異質性檢驗采用MRE和IVW法,并使用Cochran′s Q檢驗進行統計標準化,結果顯示所納入的IV具有異質性(均P<0.05)。此外,利用“留一法”進行敏感性分析,通過逐個剔除非特異性SNPs,對結果重新分析來檢驗結果的穩定性,并繪制為森林圖進行直觀判斷。結果顯示MR分析較為穩健(見圖4)。

圖2 地中海食物與IBD之間MR分析散點圖

圖3 地中海食物與IBD之間MR分析漏斗圖

圖4 地中海食物與IBD之間MR分析森林圖

3 討論

環境因素,尤其是飲食在IBD的發展中起著重要作用。堅持地中海飲食會對腸道微生物生態系統產生積極影響,并在免疫和代謝穩態中發揮作用[11]。飲食和腸道微生物群之間的雙向相互作用可能作為治療和預防因素參與IBD。本研究采用MR分析,探究了23種地中海食物與IBD之間的因果關系,確定谷物,全脂牛奶,甜品攝入與CD具有潛在的因果關系。

Zhang等[26]設計動物實驗模型,其發現經小米喂養的小鼠中,降低了其促炎細胞因子IL-17、IL-6和TNF-α的水平。也有前瞻性研究表明,谷物攝入與UC發生風險無關[27]。谷物對于IBD病人是否有益處是具有爭議的。研究發現,谷物攝入是IBD的危險性因素,這與Chen等[28]研究結果一致。谷物為個別病人最常見的不耐受飲食,會擾亂Atopobiaceae菌屬的豐度,而Atopobiaceae作為放線菌屬參與了丁酸的生產[29-30]。丁酸為一種短鏈脂肪酸(SCFA)能促進雙歧桿菌和乳酸桿菌在腸道中的生長[31]。NF-κB在炎癥反應中有著重要作用,MAPK為NF-KB的上游調控因子,而丁酸則能抑制NF-KB和MAPK通路[32]。也有證據表明丁酸可能通過NRF2信號通路,調節氧化應激,從而減少腸道中性粒細胞或(和)巨噬細胞產生的活性氧[33]。此外,MacDermott[34]發現食用谷物面包可誘發病人出現腸易激綜合征。這表明丁酸具有抗炎特性,對炎癥因子及通路有著抑制作用,而食用谷物可能會減少丁酸,從而加速炎癥進程。

全脂牛奶中的成分可能參與了促炎細胞因子的下調。牛奶中含有短鏈和中鏈脂肪酸,能調節脂肪組織因子。而脂肪在炎癥調節中起著主要作用,抑制炎癥細胞因子包括TNF-α、IL-1β、IL-6[35]。此外,乳鐵蛋白也可通過調節免疫細胞的募集和激活而發揮抗炎作用,并通過乳制品中的生物活性肽抑制血管緊張Ⅱ的產生,從而減少炎癥細胞因子[36]。綜上所述,全脂牛奶富含脂肪酸,有助于其適應性免疫反應的調節[37]。

此外,我們的MR分析表明,甜品攝入是CD的保護性因素。這可能是因為甜品中含有人工甜味劑,而人工甜味劑被認為是IBD病人的健康飲食習慣[38]。食物消費還被認為是一種文化和社會活動,IBD病人可能會改變這些關鍵的心理社會作用[39]。而食用甜品能在短期內產生積極愉悅的感覺,幫助病人減少其因所患疾病所帶來的食物限制缺失感。

4 結論與限制

總之,這項MR研究發現全脂牛奶、甜品、谷物與CD具有因果關系。因此,我們建議每天食用全脂牛奶以及甜品來降低病人所患CD的風險并適當控制谷物攝入,但仍需要進一步的隨機對照試驗以及大規模前瞻性研究來闡明全脂牛奶、甜品對CD的保護作用及其保護機制。

本研究也存在一定的局限性:1)GAWS數據均來源于歐洲人群,可能會導致結果外推受限。2)盡管已經采用了較大規模的GAWS數據,但工具變量仍然有可能不足。因此,本研究的某些關聯的無效性發現并不代表此類食物對IBD沒有影響。3)受GAWS數據影響,本文95%CI存在過大或過小的情況。另外,本文選取的食物有限,未來還需擴大食物群體來確定特定食物攝入與IBD的確切因果關系和機制。